李成林 劉勇 方韜 劉國華杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院

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增益可調(diào)射頻寬帶放大器設(shè)計(jì)

李成林 劉勇 方韜 劉國華
杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院

摘要：本放大器由兩級(jí)構(gòu)成，3個(gè)OPA2695級(jí)聯(lián)組成的固定增益同相放大器構(gòu)成前級(jí)放大器，對輸入信號(hào)做放大處理；后級(jí)增益可調(diào)電路由乘法器AD835實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整單片機(jī)DA輸出控制總增益，最終實(shí)現(xiàn)通頻帶為0.3MHz～100MHZ、增益0dB～+60dB可調(diào)的射頻寬帶放大器。

關(guān)鍵字：射頻放大器 增益可調(diào) 寬帶

無線通信的快速發(fā)展，對信息通訊起到了促進(jìn)作用。射頻寬帶放大器一般應(yīng)用于廣播、電視、無線通信系統(tǒng)和射頻信號(hào)發(fā)生器中，主要特點(diǎn)是在很寬的頻帶范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗匹配，增益的起伏變化很小。傳統(tǒng)采用負(fù)反饋和集成寬帶可控增益放大器技術(shù)方案，由于其內(nèi)部通常是由固定增益放大器和電阻衰減網(wǎng)絡(luò)組成，增益調(diào)節(jié)范圍和工作帶寬均受到一定限制。本設(shè)計(jì)方案通過寬帶乘法器調(diào)節(jié)增益，很好地解決了這一問題。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

輸入信號(hào)進(jìn)入前級(jí)放大器OPA2695，經(jīng)過三級(jí)連續(xù)放大，最終進(jìn)入相乘系數(shù)可調(diào)的乘法器AD835，通過調(diào)整相乘系數(shù)實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的放大功能。

2　系統(tǒng)理論分析

2.1前級(jí)放大器

前級(jí)放大器的增益為：系統(tǒng)通頻帶由三級(jí)OPA2695、AD835共同決定，由頻率響應(yīng)公式可知系統(tǒng)增益與頻率的關(guān)系為：分別為前三級(jí)放大器的增益。為后級(jí)乘法器的增益，這個(gè)增益是可以通過調(diào)整比例電阻和單片機(jī)DA輸出來調(diào)整的。中響應(yīng)運(yùn)放的通頻帶，放大器鏈路中各級(jí)放大器的中頻電壓放大倍數(shù)。前級(jí)同相放大電路采用雙電源供電。信號(hào)輸入端接50Q電阻R1，實(shí)現(xiàn)放大器與信號(hào)源的阻抗匹配。2和R3確定放大器增益。50Q電阻R4是級(jí)間匹配電阻。R5是0Q電阻，起到抑制噪聲和防止放大器自激振蕩的作用。第二級(jí)放大器的結(jié)構(gòu)與第一級(jí)相似，R6是50Q匹配電阻，增益Av2=20lg（1+R8瓜7），R9是級(jí)間匹配電阻，R10是防自激、抑制噪聲的0Q電阻。第三級(jí)放大器與前兩級(jí)類似，不再贅述。電路中為了有效地防止出現(xiàn)自激現(xiàn)象、保證電源的穩(wěn)定，在前級(jí)運(yùn)算放大器的正負(fù)電源引腳上分別加了10燈和100nF的濾波電容，除此之外在正負(fù)電源之間跨接了100nF匹配電容C1，起到改善放大器二次諧波輸出的作用。

2.2后級(jí)增益可調(diào)電路

后級(jí)增益可調(diào)電路如圖3所示。寬帶乘法器采用AD835芯片，電阻R18和R19確定乘法器的放大倍數(shù)，C10為補(bǔ)償電容，C13、C14、C15、C16分別是電源濾波電容。經(jīng)過前級(jí)放大器放大之后的信號(hào)從乘法器v1輸入，與單片機(jī)輸出的DA電壓x1相乘后，最終從w端輸出。

3　電路參數(shù)設(shè)計(jì)

前級(jí)放大器采用兩片0PA2695芯片，OPA2695是電流反饋型放大器，具有帶寬范圍大、轉(zhuǎn)換速率快、低功耗的特點(diǎn)。在GAIN=+2V／V的情況下，帶寬達(dá)到850Ⅻz，在GA烈_+8VⅣ的情況下，帶寬達(dá)到450MHz。依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，最終確定前級(jí)放大倍數(shù)Avl=14dB，Av2=26dB，Av3=20dB，總的增益可以達(dá)到60dB。電阻R2=56．2Q、R3=-220Q、R7=56．2Q、

R8=1．2kQ、R12=56．2Q、R13=510Q。這樣設(shè)計(jì)增益可以減少電路的總噪聲，提高電路工作的穩(wěn)定性。后級(jí)的AD835乘法器，擁有跨導(dǎo)線性核心，支持三線XYZ線性電壓轉(zhuǎn)換，并可以驅(qū)動(dòng)負(fù)載輸出，帶寬為250MHz，基本功能是W=XY+Z，由實(shí)際電路連接，Vout=Vgz*Vin。Vg的電壓變換范圍從．1V到1V，可以實(shí)現(xiàn)整體電路從0dB～60dB的增益可調(diào)。被前級(jí)放大的信號(hào)輸入到乘法器的v1端口，單片機(jī)控制DA輸出作為相乘的電壓，輸入到乘法器xl端口，用于實(shí)現(xiàn)對放大器總增益的線性調(diào)節(jié)。電路中R18=97.6Q、R19=300Q、C10=33pF。

4　測試方法與測試結(jié)果分析

測試用的PCB經(jīng)過仔細(xì)的布局，盡量避免各種噪聲干擾，注意單點(diǎn)接地、電源隔離、各模塊之間使用同軸電纜相連等細(xì)節(jié)問題，最終自己焊接測試。

4.1測試方法

測試頻帶內(nèi)增益起伏：調(diào)節(jié)增益芝60dB，用高頻函數(shù)發(fā)生器sPl50l給系統(tǒng)輸入信號(hào)，用高頻毫伏表SP2271和高頻示波器MSO—x 2022A測量輸出，改變高頻函數(shù)發(fā)生器的信號(hào)頻率，用高頻示波器觀察和測量輸出幅度。測試輸入輸出阻抗：輸出端加入負(fù)載，測量加入負(fù)載后的輸出電壓。

4.2測試結(jié)果及分析

通頻帶內(nèi)增益起伏增益為60dB。當(dāng)系統(tǒng)在自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)，根據(jù)雨雪傳感器采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)開啟加熱裝置，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)維持此溫度，并可根據(jù)雨雪傳感器采集到的數(shù)據(jù)，控制加熱裝置在無雨雪的天氣停止加熱。當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，手動(dòng)開啟加熱裝置，當(dāng)天線溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，加熱裝置會(huì)維持面天線的表面溫度，并提示告知操作員。

5　小結(jié)

面天線除雪裝置的設(shè)計(jì)和安裝是保障安全播音的有效手段之一，也是無線局信息化建設(shè)的一個(gè)重要步驟。本文分析了當(dāng)前面天線除雪技術(shù)的不足，研發(fā)了兩種新型除雪方式，并提出了除雪裝置遠(yuǎn)程智能控制方案，有望提高衛(wèi)星地球站和基層站的防冰雪災(zāi)害能力，進(jìn)一步保證衛(wèi)星廣播電視節(jié)目的安全播出。

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